發(fā)布時間：2019-08-13 16:40

【摘要】：隨著移動通信技術(shù)的高速發(fā)展,用戶之間進行信息共享的業(yè)務(wù)越來越普遍,地理上相鄰用戶之間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量越來越大,致使業(yè)務(wù)具有更加明顯的本地特性。傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)缺乏應(yīng)對和利用這一全新發(fā)展趨勢及特性的相關(guān)機制和技術(shù)。終端直通技術(shù)(Device-to-Device,D2D)通信徹底改變了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中信息處理和信息傳輸方式,實現(xiàn)終端間直接通信,可有效提高頻譜資源效率、降低能耗、增強系統(tǒng)實時性和可靠性,被列為第五代移動通信系統(tǒng)(5th Generation Mobile Communication Systems,5G)的關(guān)鍵技術(shù)之一。同時,隨著蜂窩網(wǎng)絡(luò)中引入D2D通信,網(wǎng)絡(luò)中存在大量的用戶終端可作為中繼協(xié)助用戶間通信,將無線中繼技術(shù)引入D2D通信,可以改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提升無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能,拓展無線中繼的應(yīng)用場景,有效提高系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量和總體性能。本論文圍繞傳統(tǒng)D2D通信中的干擾問題和結(jié)合中繼技術(shù)的D2D通信系統(tǒng)的性能及優(yōu)化展開了研究,主要包括:1)針對D2D通信對蜂窩系統(tǒng)的干擾問題進行了研究。首先,對于單對D2D用戶共享蜂窩通信下行鏈路資源場景,基于蜂窩用戶干擾約束,建立蜂窩用戶的干擾受限區(qū)域,提出基于干擾受限區(qū)的D2D用戶接入策略,并對采用該策略的系統(tǒng)用戶的中斷概率進行理論推導(dǎo)。仿真結(jié)果表明,采用該接入策略可提高系統(tǒng)中斷概率性能。其次,對于多對D2D通信共享蜂窩通信上行鏈路資源場景,在分析多對D2D通信產(chǎn)生的累積干擾服從weighted chi-squared分布的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)出蜂窩系統(tǒng)中斷概率閉合表達式,通過仿真揭示了D2D的鏈路數(shù)和D2D鏈路的分布區(qū)域等系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)中斷概率的影響。仿真結(jié)果表明,增加D2D鏈路數(shù)會增大對基站的干擾,但當D2D鏈路分布滿足一定的距離條件,較大的D2D鏈路數(shù)也能夠保證系統(tǒng)中斷概率,同時使引入多對D2D通信鏈路的共享系統(tǒng)總?cè)萘康玫教嵘?)針對放大轉(zhuǎn)發(fā)(Amplify-and-Forward,AF)協(xié)議雙向中繼D2D系統(tǒng)的性能及功率分配方案進行了研究。首先,針對三時隙固定增益因子的AF雙向中繼D2D通信系統(tǒng),考慮D2D源節(jié)點和中繼節(jié)點均受到干擾與噪聲,利用積分區(qū)域近似推導(dǎo)出系統(tǒng)中斷概率的近似表達式。以最小化系統(tǒng)中斷概率為目標,采用等效的兩條單向鏈路中最小信干噪比(Signal-to-Interference-plus-Noise Ratio,SINR)最大化方法,推導(dǎo)出最優(yōu)功率分配系數(shù)。其次,針對三時隙變增益因子的AF雙向中繼D2D通信系統(tǒng),考慮D2D源節(jié)點和中繼節(jié)點均受到干擾與噪聲,推導(dǎo)出瞬時SINR變量的緊致上界,在此基礎(chǔ)上進一步推導(dǎo)出系統(tǒng)中斷概率下界和遍歷容量上界,并以最大化系統(tǒng)遍歷容量為目標,提出最優(yōu)功率分配方案。仿真結(jié)果驗證了理論推導(dǎo)的正確性,表明采用所提出的最優(yōu)功率分配方案可提高系統(tǒng)性能,揭示了干擾功率、源節(jié)點發(fā)送功率、功率分配系數(shù)及中繼節(jié)點位置等系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。3)針對解碼轉(zhuǎn)發(fā)(Decode-and-Forward,DF)DF協(xié)議雙向多中繼D2D系統(tǒng)的中繼選擇方案進行了研究。在DF協(xié)議的雙向多中繼D2D通信系統(tǒng)中,考慮D2D源節(jié)點和所有中繼節(jié)點均受到共道干擾(Cochannel Interference,CCI)及噪聲的影響,利用順序統(tǒng)計理論推導(dǎo)L個中繼中有k個中繼可正確解碼兩源節(jié)點發(fā)送信息的概率,在此基礎(chǔ)上進一步推導(dǎo)出獨立非同分布瑞利衰落信道下三種中繼選擇方案(隨機中繼選擇、最大最小選擇和直接傳輸)的系統(tǒng)中斷概率的閉合表達式。仿真結(jié)果驗證了理論推導(dǎo)的正確性,揭示了中繼個數(shù)、中繼分布區(qū)域及功率分配系數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)中斷概率性能的影響,仿真結(jié)果還表明,使用中繼選擇方案的DF雙向中繼D2D系統(tǒng)的性能優(yōu)于無中繼的傳統(tǒng)D2D系統(tǒng)性能,最大最小中繼選擇方案系統(tǒng)性能明顯優(yōu)于隨機中繼選擇方案的系統(tǒng)性能。4)針對AF協(xié)議雙向多中繼D2D系統(tǒng)中繼選擇方案進行了研究。在變增益因子AF協(xié)議的雙向多中繼D2D通信系統(tǒng)中,考慮D2D源節(jié)點和所有中繼節(jié)點均受到來自蜂窩系統(tǒng)同頻干擾及噪聲的影響,對于包含多個隨機變量的瞬時SINR,采用合理的數(shù)學(xué)近似獲得瞬時SINR變量的緊致上界,推導(dǎo)出SINR上界的累積分布函數(shù),并在此基礎(chǔ)上進一步推導(dǎo)出獨立非同分布瑞利衰落信道下,隨機中繼選擇和最大最小中繼選擇方案的AF協(xié)議雙向多中繼D2D系統(tǒng)中斷概率的下界。仿真結(jié)果驗證了所得理論表達式的有效性,揭示了中繼個數(shù)、中繼分布區(qū)域及功率分配系數(shù)等系統(tǒng)參數(shù)對系統(tǒng)中斷概率性能的影響,并比較了不同中繼選擇方案的系統(tǒng)性能,結(jié)果表明,使用中繼選擇方案的AF雙向中繼D2D系統(tǒng)的性能優(yōu)于無中繼的傳統(tǒng)D2D系統(tǒng)性能,與隨機中繼選擇方案相比,最大最小中繼選擇方案系統(tǒng)性能更優(yōu)。
【圖文】：

圖 1.1 Cisco 公式預(yù)測的移動數(shù)據(jù)量增長趨勢圖進 5G 技術(shù)的研究，，在全球范圍內(nèi)，面向 5G 移動通信研究成立了許多研究機構(gòu)也已經(jīng)展開了對5G技術(shù)的討論和研究，自2013年在布達佩斯出現(xiàn)多個關(guān)于 5G 概念及關(guān)鍵技術(shù)的主題報告，IEEE 的重要期刊及其 5G 為背景的理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[8-10]，2014 年，我國國家高技術(shù)發(fā)動了面向 5G 技術(shù)的研究課題。動通信技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的服務(wù)和應(yīng)用都在用戶之間展開，的業(yè)務(wù)正變得越來越普遍，地理上相鄰用戶之間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量越來加明顯的本地特性。傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)缺乏應(yīng)對和利用這一全新發(fā)展趨勢術(shù)。而 D2D 通信徹底改變了蜂窩網(wǎng)絡(luò)中信息處理和信息傳輸方式，實幅提高系統(tǒng)容量、降低能耗、增強系統(tǒng)實時性和可靠性[11-14]，被列為關(guān)鍵技術(shù)之一。

復(fù)用上行資源的多對 D2D 通信鏈路與蜂窩用戶上，推導(dǎo)系統(tǒng)中斷概率的解析表達式，并進一統(tǒng)的干擾分析與抑制區(qū)下行資源共享場景，基站位于小區(qū)中心，小區(qū)布在小區(qū)內(nèi)，其中TD 和RD 是一對 D2D 用戶，窩系統(tǒng)用戶（以下簡稱 CUE）共享相同的下行
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 蔡艷;劉旭;邵世祥;朱洪波;;基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)的多對D2D通信性能研究[J];計算機工程與應(yīng)用;2015年09期

2 尤肖虎;潘志文;高西奇;曹淑敏;鄔賀銓;;5G移動通信發(fā)展趨勢與若干關(guān)鍵技術(shù)[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2014年05期

3 蔡艷;張晶;朱洪波;;基于空間位置的混合頻譜共享系統(tǒng)功率分配研究[J];通信學(xué)報;2014年02期

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本文編號：2526232